專利名稱：一種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟性磨粒流精密加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在各個制造行業(yè)中均需要對模具表面進行精密加工，主要是因為傳統(tǒng)加工中刀具和電火花會在模具表面留下痕跡。但是模具制造中大量的溝、槽、窄縫等結(jié)構(gòu)化表面很難用傳統(tǒng)的加工方法進行加工。液_固兩相軟性磨粒流可以在被加工工件的結(jié)構(gòu)化表面形成湍流流動，并配以約束模塊，在加工工件表面形成磨粒流道，驅(qū)動磨粒對壁面的粗糙處進行切削，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化表面的無工具化精密加工。 加工過程中，約束模塊的設(shè)計、安裝，導(dǎo)流模塊的設(shè)計，磨粒流的輸出、循環(huán)、回收等都是重要環(huán)節(jié)。固-液兩相軟性磨粒流加工是基于固體磨粒相互之間的碰撞和磨粒與被加工工件表面的碰撞為基礎(chǔ)，并對其進行動力學(xué)分析，利用湍流流場中磨粒對壁面的切削作用，對被加工工件壁面粗糙處進行精密加工、拋光。該技術(shù)有效彌補了傳統(tǒng)光整加工方法對結(jié)構(gòu)化表面加工的劣勢，同時也能夠加工其他復(fù)雜工件的表面加工，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制。 由于加入的固體磨粒與液體相(水)互不相融，磨粒在儲存箱中會出現(xiàn)沉積現(xiàn)象，若不采取攪拌措施，由水泵抽出的磨粒流不能隨機均勻的進入流道內(nèi)對工件進行加工，會顯著影響加工效果。傳統(tǒng)的攪拌方法采用人工攪拌或者電機攪拌方法。人工攪拌的缺點在于，由于受到人為因素的影響和限制，不能做到隨機均勻?qū)⒛チＥc流體互相攪拌融合；而電機攪拌的缺點在于，無法根據(jù)磨粒流中磨粒含量的多少(即磨粒流粘度)的大小調(diào)節(jié)電機的輸出功率，效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決磨粒儲存箱中磨粒流攪拌效率不高的問題，提供了一種攪拌效率高
的軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)。 本發(fā)明的技術(shù)方案 —種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)，其特征在于包括軟件子系統(tǒng)和硬件子系統(tǒng)，所述軟件子系統(tǒng)包括計算機和控制模塊，所述控制模塊通過接口排線與計算機相連，所述硬件子系統(tǒng)包括磨粒流自動攪拌模塊、磨粒流儲存箱和伺服電機； 所述磨粒流自動攪拌模塊包括轉(zhuǎn)動軸和攪拌葉片，所述轉(zhuǎn)動軸通過傳動裝置與伺服電機相連，所述轉(zhuǎn)動軸與攪拌葉片相連，所述轉(zhuǎn)動軸的內(nèi)部布有傳感器信號傳輸線路，所述攪拌葉片安裝有傳感器，所述傳感器檢測磨粒流中的壓力和流速，并通過轉(zhuǎn)動軸內(nèi)部線路將檢測到的信號傳輸至計算機控制模塊中； 所述伺服電機模塊設(shè)有傳動裝置，所述傳動裝置通過伺服電機驅(qū)動功率獲取需求
的轉(zhuǎn)速，所述伺服電機模塊驅(qū)動功率由控制模塊計算后得到的控制信號決定； 所述磨粒流儲存箱模塊安裝有進水口 、出水口和溢出口 ，所述磨粒流儲存箱中置
3有水泵，所述水泵出水口連接約束模塊，所述約束模塊頂部安裝觀測裝置； 所述控制模塊包括信號采樣、信號處理、信號轉(zhuǎn)換、信號反饋環(huán)節(jié)，所述信號采樣
環(huán)節(jié)包括有壓力信號采集、流速信號采集，所述信號處理包括信號的濾波、限幅、模數(shù)轉(zhuǎn)換，
所述信號轉(zhuǎn)換是將運算處理后的信息轉(zhuǎn)換成為伺服電機能夠識別的控制量，所述信號反饋
是將控制信號反饋至伺服電機，調(diào)節(jié)電機功率。 進一步，所述控制模塊采用閉環(huán)控制策略，所述閉環(huán)控制策略采用負反饋比例控制，將待計算信號通過比例環(huán)節(jié)運算后，控制電機的驅(qū)動功率。 本發(fā)明可與固-液兩相磨粒流的模具結(jié)構(gòu)化表面精密加工系統(tǒng)相連接，提供可循環(huán)使用的固-液兩相磨粒流。 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為將安裝有傳感器的攪拌葉片置入充滿固-液兩相磨粒流的磨粒儲存箱中，啟動電機，攪拌葉片在伺服電機傳動裝置的帶動下開始進行攪拌。伺服電機驅(qū)動裝置連接有計算機控制模塊。所述計算機控制模塊采用德州儀器公司生產(chǎn)的TMS320F2812數(shù)字信號處理器作為控制芯片，控制模塊連接有信號調(diào)理電路，模/數(shù)轉(zhuǎn)換調(diào)理電路，調(diào)理電路通過接口排線與計算機相連。攪拌葉片在攪拌過程中不斷采集到磨粒流中的壓力信號、流速信號，并通過連接軸內(nèi)部線路將檢測到的信號傳輸至控制模塊中。當磨粒流中固體磨粒的數(shù)量較多，磨粒流流體粘度較大時，攪拌葉片轉(zhuǎn)動時的阻力增大，即傳感器檢測到的壓力增大，流速變慢，通過閉環(huán)反饋后傳輸給伺服電機的控制信號增大，使得伺服電機的輸出功率增加，攪拌葉片轉(zhuǎn)動速度加大；當磨粒流中固體磨粒的數(shù)量較少，磨粒流流體粘度較小時，攪拌葉片轉(zhuǎn)動時的阻力減小，即傳感器檢測到的壓力減小，流速加快，通過閉環(huán)反饋后傳輸給伺服電機的控制信號變小，使得伺服電機的輸出功率降低，攪拌葉片轉(zhuǎn)動速度也降低。所述控制模塊采用閉環(huán)控制策略，閉環(huán)控制策略采用負反饋比例控制，將待計算信號通過比例環(huán)節(jié)運算后，控制電機的輸出功率。所述的控制模塊軟件設(shè)計包括主程序設(shè)計和中斷程序設(shè)計，所述主程序設(shè)計包括寄存器、變量、事件管理器的初始化，中斷服務(wù)程序的調(diào)用以及故障檢測和處理；所述中斷程序包括信號采集、處理、運算，生成控制信號。 本發(fā)明的有益效果在于結(jié)構(gòu)簡單、易于設(shè)計和制造；能夠?qū)δチＡ鬟M行隨機均勻的攪拌，能夠根據(jù)磨粒儲存箱中不同的磨粒流體粘度自動調(diào)整伺服電機的輸出功率，起到節(jié)省能源的作用；避免因固體顆粒不均勻造成的管道堵塞以及能源浪費，很有現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。


圖1是本發(fā)明整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明硬件子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明軟件子系統(tǒng)示意圖。 圖4是本發(fā)明控制原理示意圖。 圖5是本發(fā)明控制主程序流程圖。 圖6是本發(fā)明中斷程序流程。
具體實施例方式
參照圖1-3， 一種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)，包括軟件子系統(tǒng)1和硬件子系統(tǒng)2，所 述軟件子系統(tǒng)1包括計算機11和控制模塊13，所述控制模塊13通過接口排線12與計算機 11相連，所述硬件子系統(tǒng)2包括磨粒流自動攪拌模塊21、磨粒流儲存箱22和伺服電機23 ;
所述磨粒流自動攪拌模塊21包括轉(zhuǎn)動軸211和攪拌葉片212，所述轉(zhuǎn)動軸211通 過傳動裝置231與伺服電機23相連，所述轉(zhuǎn)動軸211與攪拌葉片212相連，所述轉(zhuǎn)動軸211 的內(nèi)部布有傳感器信號傳輸線路，所述攪拌葉片212安裝有傳感器213，所述傳感器213檢 測磨粒流中的壓力和流速，并通過轉(zhuǎn)動軸211內(nèi)部線路將檢測到的信號傳輸至計算機控制 模塊12中； 所述伺服電機模塊設(shè)有傳動裝置231，所述傳動裝置231通過伺服電機23驅(qū)動功 率獲取需求的轉(zhuǎn)速，所述伺服電機模塊驅(qū)動功率由控制模塊12計算后得到的控制信號決 定； 所述磨粒流儲存箱模塊22安裝有進水口 225、出水口 222和溢出口 225，所述磨粒 流儲存箱22中置有水泵226，所述水泵226出水口連接約束模塊223，所述約束模塊223頂 部安裝觀測裝置221 ; 所述控制模塊13包括信號采樣、信號處理、信號轉(zhuǎn)換、信號反饋環(huán)節(jié)，所述信號采 樣環(huán)節(jié)包括有壓力信號14采集、流速信號15采集，所述信號處理包括信號的濾波、限幅、模 數(shù)轉(zhuǎn)換，所述信號轉(zhuǎn)換是將運算處理后的信息轉(zhuǎn)換成為伺服電機23能夠識別的控制量，所 述信號反饋是將控制信號反饋至伺服電機23，調(diào)節(jié)電機功率。 所述控制模塊13采用閉環(huán)控制策略，所述閉環(huán)控制策略采用負反饋比例控制，將 待計算信號通過比例環(huán)節(jié)運算后，控制電機的驅(qū)動功率。 本發(fā)明可與固-液兩相磨粒流的模具結(jié)構(gòu)化表面精密加工系統(tǒng)相連接，提供可循 環(huán)使用的固-液兩相磨粒流。 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為將安裝有傳感器213的攪拌葉片212置入充滿固_液兩相 磨粒流的磨粒儲存箱22中，啟動電機23，攪拌葉片212在伺服電機23傳動裝置231的帶動 下開始進行攪拌。伺服電機23驅(qū)動裝置連接有計算機控制模塊13。所述計算機控制模塊 13采用德州儀器公司生產(chǎn)的TMS320F2812數(shù)字信號處理器作為控制芯片，控制模塊13連 接有信號調(diào)理電路，模/數(shù)轉(zhuǎn)換調(diào)理電路，調(diào)理電路通過接口排線12與計算機11相連。攪 拌葉片212在攪拌過程中不斷采集到磨粒流中的壓力信號14、流速信號15，并通過轉(zhuǎn)動軸 211內(nèi)部線路將檢測到的信號傳輸至控制模塊13中。當磨粒流中固體磨粒的數(shù)量較多，磨 粒流流體粘度較大時，攪拌葉片212轉(zhuǎn)動時的阻力增大，即傳感器213檢測到的壓力增大， 流速變慢，通過閉環(huán)反饋后傳輸給伺服電機23的控制信號增大，使得伺服電機23的輸出功 率增加，攪拌葉片212轉(zhuǎn)動速度加大；當磨粒流中固體磨粒的數(shù)量較少，磨粒流流體粘度較 小時，攪拌葉片212轉(zhuǎn)動時的阻力減小，即傳感器213檢測到的壓力減小，流速加快，通過閉 環(huán)反饋后傳輸給伺服電機23的控制信號變小，使得伺服電機23的輸出功率降低，攪拌葉片 212轉(zhuǎn)動速度也降低。所述控制模塊13采用閉環(huán)控制策略，閉環(huán)控制策略采用負反饋比例 控制，將待計算信號通過比例環(huán)節(jié)運算后，控制電機23的輸出功率，見圖4。所述的控制模 塊13軟件設(shè)計包括主程序設(shè)計和中斷程序設(shè)計，所述主程序設(shè)計包括寄存器、變量、事件 管理器的初始化，中斷服務(wù)程序的調(diào)用以及故障檢測和處理，見圖5 ;所述中斷程序包括信號采集、處理、運算，生成控制信號，見圖6。 本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護 范圍的不應(yīng)當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
一種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)，其特征在于包括軟件子系統(tǒng)和硬件子系統(tǒng)，所述軟件子系統(tǒng)包括計算機和控制模塊，所述控制模塊通過接口排線與計算機相連，所述硬件子系統(tǒng)包括磨粒流自動攪拌模塊，磨粒流儲存箱和伺服電機；所述磨粒流自動攪拌模塊包括轉(zhuǎn)動軸和攪拌葉片，所述轉(zhuǎn)動軸通過傳動裝置與伺服電機相連，所述轉(zhuǎn)動軸與攪拌葉片相連，所述轉(zhuǎn)動軸的內(nèi)部布有傳感器信號傳輸線路，所述攪拌葉片安裝有傳感器，所述傳感器檢測磨粒流中的壓力和流速，并通過轉(zhuǎn)動軸內(nèi)部線路將檢測到的信號傳輸至計算機控制模塊中；所述伺服電機模塊設(shè)有傳動裝置，所述傳動裝置通過伺服電機驅(qū)動功率獲取需求的轉(zhuǎn)速，所述伺服電機模塊驅(qū)動功率由控制模塊計算后得到的控制信號決定；所述磨粒流儲存箱模塊安裝有進水口、出水口和溢出口，所述磨粒流儲存箱中置有水泵，所述水泵出水口連接約束模塊，所述約束模塊頂部安裝觀測裝置；所述控制模塊包括信號采樣、信號處理、信號轉(zhuǎn)換、信號反饋環(huán)節(jié)，所述信號采樣環(huán)節(jié)包括有壓力信號采集、流速信號采集，所述信號處理包括信號的濾波、限幅、模數(shù)轉(zhuǎn)換，所述信號轉(zhuǎn)換是將運算處理后的信息轉(zhuǎn)換成為伺服電機能夠識別的控制量，所述信號反饋是將控制信號反饋至伺服電機，調(diào)節(jié)電機功率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)，其特征在于所述控制模塊采用閉環(huán)控制策略，所述閉環(huán)控制策略采用負反饋比例控制，將待計算信號通過比例環(huán)節(jié)運算后，控制電機的驅(qū)動功率。
全文摘要
一種軟性磨粒流自動攪拌系統(tǒng)，包括軟件子系統(tǒng)和硬件子系統(tǒng)，所述軟件子系統(tǒng)包括計算機和控制模塊，所述控制模塊通過接口排線與計算機相連，所述硬件子系統(tǒng)包括磨粒流自動攪拌模塊、磨粒流儲存箱和伺服電機。本發(fā)明的有益效果在于結(jié)構(gòu)簡單、易于設(shè)計和制造；能夠?qū)δチＡ鬟M行隨機均勻的攪拌，能夠根據(jù)磨粒儲存箱中不同的磨粒流體粘度自動調(diào)整伺服電機的輸出功率，起到節(jié)省能源的作用；避免因固體顆粒不均勻造成的管道堵塞以及能源浪費，很有現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。
文檔編號B24D11/00GK101791787SQ20101012231
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者李琛, 計時鳴, 譚大鵬 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)